Влияние CO₂ на целостность цемента в скважинах изучено

Геологическое хранение углерода — это процесс улавливания и захоронения диоксида углерода (CO₂) от крупных стационарных источников (например, электростанций) путём его закачки в глубокие геологические формации. Долгосрочное хранение CO₂ предполагает крайне низкую или нулевую утечку из пласта. Большинство рассматриваемых для инъекции CO₂ мест находятся в районах с историей добычи нефти, природного газа и/или угольного метана и, как правило, содержат множество разведочных и эксплуатационных скважин. Способность эффективно хранить большие объёмы CO₂ может быть нарушена наличием этих активных или заброшенных скважин, которые представляют собой потенциальные пути утечки.

После бурения нефтяная или газовая скважина обычно обсаживается стальной колонной, зацементированной на месте. Цемент помещается в кольцевое пространство между обсадной колонной и окружающей горной породой для её поддержки и предотвращения миграции флюидов и газов. При окончательном закрытии скважины обсадная колонна также цементируется для блокировки вертикальной миграции. Цемент нестабилен в среде CO₂ и может быть уязвим при контакте скважины с CO₂, закачанным в пласт для постоянного хранения. Целостность цемента критически важна для долгосрочной судьбы CO₂. Исследования Национальной лаборатории технологий энергетики Министерства энергетики США (DOE NETL) сосредоточены на изучении целостности цемента в условиях хранения CO₂, что включает моделирование условий закачки (высокие температура и давление) с использованием стандартных цементов. Результаты показывают, что температура, давление, тип цемента, добавки и свойства флюида играют значительную роль в скорости реакции и изменения свойств.

Химические и микроструктурные изменения в результате воздействия CO₂ изучались с помощью различных аналитических методов, включая сканирующую электронную микроскопию и рентгеновскую дифракцию.

Результаты долгосрочных экспериментов показывают, что реакция CO₂ с типичным цементом протекает слишком медленно, чтобы вызвать утечку в правильно построенной и исправной скважине. Эти данные хорошо согласуются с исследованием образцов цемента из скважины, подвергавшейся воздействию CO₂ при методах увеличения нефтеотдачи (EOR). Однако цемент в старых или заброшенных скважинах, который мог деградировать, может представлять проблему. Поэтому исследователи NETL теперь изучают ситуации, когда в цементном кольце могут присутствовать зазоры или трещины.

Практика совместного захоронения, которое предполагает закачку смеси CO₂ и сероводорода (кислый газ), становится всё более распространённой (например, более 40 скважин для инъекции кислого газа в Альберте, Канада). В отличие от закачки чистого CO₂, влияние кислого газа на цемент в условиях геологического хранения изучено слабо. В связи с этим исследователи NETL начали изучение взаимодействия цемента в условиях совместного захоронения.